JPS62228889A - 鉄鉱石予備還元設備における予熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野〕 本発明は、溶融還元法に使用するため、鉄鉱石を流動層
予備還元炉で還元するに先立って予熱する装置に関する
。

〔従来の技術〕

鉄鉱石を還元して溶銑を製造するために、高炉を使用す
る方法１　シャフト炉で還元した鉄鉱石を電気炉で溶解
する方法等が従来から採用されている。

高炉を使用する方法においては、熱源及び還元剤として
多量のコークスを使用している。また、鉄源である鉄鉱
石は、炉内における通気性、還元性を向上させるために
通常焼結され、焼結鉱とし高炉に装入されている。この
ようなことから、該高炉法は、強粘結炭を乾溜するため
のコークス炉設備及び焼結鉱を製造するための焼結設備
を必要とする。したがって、該高炉法には、多大な設備
費は勿論のこと、多くのエネルギー及び労働が必要とな
る。このため、高炉法には処理コストが高くなるという
欠点があった。更に、強粘結炭は世界的に賦存量が少な
く、しかもその分布が地域的に偏っているため、供給が
不安定である。

一方、シャフト炉による鉄鉱石の還元法では、鉄鉱石を
ペレット化する前処理を行うことが必要となり、また還
元剤、熱源として高価な天然ガス等を多量に消費すると
いう欠点がある。

このような従来の溶銑製造技術に代わるものとして、溶
融還元製錬法が注目を浴びている。この方法で使用する
溶融還元炉は、使用する原料に制約を受けることなく、
より小規模な設備により鉄系合金のｆａ湯を製造するこ
とを目的として開発されたものである。

このような溶融還元法の一つとして、本発明者等は、先
に第４図に示すようなフローで構成される方法を特願昭
５９−１８４０５６号として提案した。

この方法によるとき、次のようにして溶銑が製造される
。すなわち、鉄鉱石ｌ及び石灰石２は、流動層予熱炉３
内で石炭４と空気５との燃焼反応で生じた熱によっ゛ζ
加熱される。その結果、石灰石２　（ＣａＣＯｓ）は、
生石灰（Ｃａｂ）となって流動層予備還元炉６に供給さ
れる。

流動層予備還元炉６内では、流動状態の予熱鉱石及び生
石灰に、石炭７及び酸素又は酸素含有ガス８が吹き込ま
れる。この石炭７は、流動層予備還元炉６内で予熱鉱石
と熱交換し、また酸素との反応による部分燃焼によって
熱分解する。これによって、石炭７は、還元性のガスを
発生すると共に、チャー９となる。

他方、溶融還元炉１０で発生したガス又はそのガスを脱
炭酸処理して得られる還元ガス１１は、流動層予備還元
が６からの燃料ガス１２との熱交換によって７００〜９
００℃に昇温された後、流動層予備還元炉６に吹き込ま
れる。流動層予備還元炉６に吹き込まれた還元ガス１１
は、石炭７の熱分解により生成した還元ガスと混合され
、流動状態にある高温の粉粒状鉄鉱石を還元し、還元鉱
１３を生成する。

また、流動層予熱炉３内に生成した生石灰１４は、予熱
鉱石と共に流動層予備還元炉６に装入され、流動層予備
還元炉６内にあるガスの脱硫を行う。

次いで、該生石灰１４は、還元鉱１３及びチャー９と共
に流動層予備還元炉６から排出される。

このようにして得られた還元鉱１３．チャー９及び生石
灰１４に対して、溶融還元炉１ｏにおける熱バランス上
必要な石炭１　コークス等の炭材が外部から加えられ、
混練される。次いで、混合物は、ブリケットマシン等の
塊成化装置１５によってブリケラ目６に成形された後、
装入袋Ｗ１１７によって溶融還元炉１０に装入される。

この溶融還元炉１０内には、上吹きランス１８から酸素
１９が浴に向かって吹き付けられると共に、底吹き羽目
２０から浴中に酸素及び炭材が吹き込まれている。そし
て、ブリケット１６に含まれている炭材、底吹き羽目２
０から酸素と共に吹き込まれている炭材、装入装置１７
から供給されたコークス２１等の炭材は、上吹きランス
１８から供給された酸素と反応し、溶融還元炉ＩＯ内に
多量の熱を発生する。

この発生熱によって、ブリケノ目６中の還元鉱１３が溶
解し、還元が進行して溶銑２２となる。

一方、還元鉱１３中の脈石と炭材及び生石灰１４とが反
応して、スラグ２３が生成する。このスラグ２３は、溶
融還元炉■０内に貯留し、時間が経過するにつれその量
を増していく。そこで、該スラグ２３を間欠的又は連続
的に炉外に排出する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような溶融還元法においては、特にその開発過程か
らしても明らかなように、使用可能な原料の範囲の拡大
、熱回収の効率化、溶融還元炉における製錬反応の促進
等を如何にして達成するかが今後の課題である。

しかし、一般炭、粉鉱石等の廉価な原料を使用すると、
処理過程で多量の粉塵が発生し、また炉内の通気性が悪
くなりガス流速をあげることができないので、高炉操業
と同様に粉粒体を塊状化して使用している。

なお、石灰石の流動層焼成装置としては、特開昭５７−
６３１２８号公報で提案されたものがある。この装置は
、石炭、コークス扮等の固体燃料を用いて、石灰石、ド
ロマイト等を流動層で燃焼焼成するものであり、サイク
ロン群を組み込んだ炉外管路を原料の予熱に使用してい
る。すなわち、流動層予熱炉の煙道から排出された排ガ
スによって投入原料をサイクロンまで搬送する過程で、
その投入原料を予熱する、いわゆるサスペンションプレ
ヒータが採用されている。そして、予熱された原料は、
サイクロンで排ガスから分離され、ホッパーを経て流動
層予熱炉に送り込まれる。

この特開昭５７−６３１２８号公報記載の装置において
は、下段サイクロンと流動層予熱炉とを結ぶ配管の途中
に気体トラップを設け、該気体トラップにより高圧ガス
が流動層予熱炉から原料投入口を経て吹き抜けることを
防いでいる。

しかし、この装置を用いて鉄鉱石の予熱を行おうとする
とき、鉄鉱石の比重が大きいため、流動層予熱炉内に高
圧でキャリアガスを吹き込むことが必要となる。すなわ
ち、鉄鉱石予熱の場合の流動層予熱炉の流動圧損は、石
灰、ドロマイト等の焼成の場合に比較して非常に大きな
ものである。

この流動圧損は、流動層予熱炉とサイクロン下部との圧
力差として表れる。そのため、サイクロンの下部に設け
た気体トラップによりシールを行う方式では、ガスリー
クの防止を完全に行うことができない。たとえば、流動
層予熱炉内の高圧ガスが、サイクロンの下部から流動層
予熱炉に至る原料供給配管を逆向きに吹き抜け、下段サ
イクロンによる粉粒体の捕集効率が劣化する。また、連
結管内で微粉鉄鉱石９石灰石等が浮遊し、降下しがたく
なり、原料の供給が不安定になる。

そこで、本発明は、サスペンションプレヒータと流動層
予熱炉とをニューマチック分配器を介して結合すること
によって、一般炭、粉鉱石等の廉価な原料の使用及び排
熱の有効利用を可能とし、且つ原料を均一な分ｅｌＪ１
．状態で流動層予熱炉に供給することにより、溶融還元
法の生産性を向上させることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の予熱装置は、その目的を達成するために、溶融
還元法に使用する鉄鉱石を流動面子（ｌｉｆｆ還元炉で
還元するに先立って予熱する流動層予熱炉において、該
流動層予熱炉の下部及び炉床にそれぞれ石炭供給口及び
流動燃焼用空気吹込み用開口部を設け、該流動層予熱炉
からサイクロンまで延びる排ガス煙道の途中に、鉄鉱石
供給口を設け、該サイクロンで捕集した鉄鉱石を前記流
動層予熱炉の下部に装入するため、該サイクロンと前記
流動層予熱炉の下部を結ぶ管路に、流動層予熱炉に向け
て流路を複数に分岐したニューマチック分配器を配置し
たことを特徴とする。

〔作用〕 すなわち、本発明においては、流動層予熱炉から排出さ
れる排ガスと鉄鉱石１石灰石等の製鉄原料とを向流接触
させることにより、その排ガスが保存する熱を製鉄原料
に与える。また、排ガスに含まれている粉塵は、サイク
ロンにより排ガスから分離されて製鉄原料と共に再び流
動層予熱炉に投入される。このように、流動層予熱炉に
サイクロンを付設したことにより、粉粒状原料の使用。

熱の有効利用及び粉塵の再利用が可能となる。

そして、サイクロンにより普非ガスから分離されたわ）
塵を含む製鉄原料は、ホッパーに一時的に蓄えられた後
、ニューマチック分配器により流動層予熱炉に投入され
る。このニューマチック分配器は、サイクロンと流動層
予熱炉との間の圧力差に拘らず、流動層予熱炉に対する
製鉄原料の安定供給を行うものである。

すなわち、ニューマチック分配器は、機械的に動く部分
がなく、しかもホッパーからニューマチック分配器に至
る管路に充填されている粉体をガスシールとして利用す
ることができる。このため、流動層予熱炉内の大きな流
動圧出に対しても、充分なシールが可能となり、またサ
イクロンの粉粒体捕集機能に悪影響を与えない。

また、ニューマチック分配器からは複数の流路に沿って
粉粒状の原料が流動層予熱炉内に投入されるので、流動
層予熱炉内における粉粒状原料の分布状態が均一化され
る。したがって、そのお）粒状原料の予熱が均等に行わ
れることになり、一様な温度に予熱された粉粒状原料が
流動層予備還元炉に送られる。その結果、流動層予備１
元炉内における還元反応の制御が容易になり、しかも均
質且つ迅速な粉粒状原料の還元が可能となる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明の特徴を具体的に説明する。

第１図は、流動層予熱炉から排出される排ガスに浮遊す
る粉塵を、鉄鉱石１石灰石等の原料と共に再び流動層予
熱炉に戻す原料供給系についての実施例を示す。

本例においては、鉄鉱石１１石灰石２等の原料は、供給
ホッパー２４に投入される。他方、流動層予熱炉３から
排出される排ガスは、第１煙道２５、第１サイクロン２
６．第２煙道２７及び第２サイクロン２８を経て第３煙
道２９から放出される。

このとき、図に示すように第２煙道２７が垂直方向から
水平方向に曲がった後の個所に、供給ホッパー２４から
の配管３０を接続することが好ましい。

このように配管３０を第２煙道２７に接続すると、供給
ホッパー２４から送られた原料のうち、粉粒状の大部分
は、排ガスの流れに乗って第２サイクロン２８に送られ
る。そして、その粉粒状の原料は、第２サイクロン２８
で排ガスと分離され、配管３１を経て第１煙道２５に落
下する。

落下した原料のうち、粗粒のものは、第１煙道２５内を
垂直に落下して流動層予熱炉３内に送られる。他方、細
粒の原料は、排ガスの流れに乗って第１サイクロン２６
に送られる。この第１サイクロン２６には、供給ホッパ
ー２４から供給された原料のうち、粗粒部分が第２煙道
２７を落下して送られている。そして、第１サイクロン
２６で捕集された粉粒体は、配管３２を経てホッパー３
３に落下し、そこに一時的に貯留される。

すなわち、細粒の原料は、第２煙道２７．第２サイクロ
ン２８．配管３１．第１煙道２５及び第１サイクロン２
６を循環する。この循環経路で、流動層予熱炉３から排
出された排ガスにより加熱される。

ホ・７バー３３の下方には、配管３４を介してニューマ
チック分配器３５が設けられている。該ニューマチック
分配３ｔＳ３５にその底部からキャリアガス３６を吹き
込むとき、ニューマチック分配Ｈ３５内に蓄えられてい
る原料は、そのキャリアガス吹込み世に応じて配管３７
を経て流動層予熱炉３内に吹き込まれる。このとき、ホ
ッパー３３内の原料レベルをレベル計で監視しながら、
キャリアガス３６吹込み量を制御することが好ましい。

このようにすると、ホッパー３３内の原料レベルを常に
適正に維持しながら、予熱された原料がニューマチック
分配器３５により流動層予熱炉３に送り込まれる。

なお、このキャリアガス３６として、流動化空気を流動
層予熱炉３に吹き込む配管３８から分岐させたものを使
用することができる。このようにすると、炉内の還元雰
囲気に悪影客を与えることがない。

この例にみられるように、ホッパー３３から配管３４を
経てニューマチック分配器３５に至る間が粉粒状の原料
によって充填されているので、流動層予熱炉３内の圧力
に抗して充分なガスシールを行うことができる。したが
って、流動層予熱炉３内の圧力が、第１サイクロン２６
に悪影響を与えることがない。

第２図は、本例におけるニューマチック分配器３５を概
略的に示すものである。

該ニューマチック分配器３５の内部には、流動層予熱炉
３に設けた原料供給口に等しい数の分岐管３９が、本体
部４０からから分岐されている。なお、本例においては
、分岐管３９の数と原料供給口の数とを等しくしている
が、これに拘束されることなく、たとえば分岐管３９が
原料供給口に至る過程で更に分岐される方式を保用する
こともできる。

該本体部４０の内部には、サスペンションブレヒータで
予熱された粉粒状原料を流動化させるために、キャリア
ガス３６（第１図参照）を吹き込むノズル（図示せず）
が設けられている。そして、本体部４０から分岐管３９
に送られる粉粒状原料の分配流量は、各分岐管３９に配
置された流量調整弁４１によって行われる。更に、各分
岐管３９と流動層予熱炉３底部の原料供給口とを結ぶ配
管３７（第１図参照）には、キャリアガス３６が気送ノ
ズル４２によって分流供給されている。これにより、粉
粒状原料を加圧状態で流動層予熱炉３内に送り込むこと
ができる。

このように、流動層予熱炉３の出口に接続されている排
ガス煙道２５の途中に、原料装入部を設けている。これ
により、装入原料は、流動層予熱炉３からの高温の排ガ
スと熱交換する。そして、排ガスに含まれていた粉塵は
、原料と共にサイクロン２６．２８で排ガスから分離さ
れる。分離された捕集原料は、ホッパー３３内に定量蓄
えられている状態で、逐次ニューマチック分配器３５に
より流動層予熱炉３に供給される。

この場合、最下段のサイクロン２６と流動層予熱炉３の
下部との間に、流動圧…、サイクロン圧ｍ等により数百
■−水柱以上の圧力差がある。したがって、配管３４に
おけるガスシールが不完全であるとき、流動層予熱炉３
からサイクロン２６へのガスのリークが生じる。このリ
ークにより、サイクロン２６内におけるガス流れが乱れ
ることになり、サイクロン２６による原料粒子のｌ＋ｌ
ｆ　９Ａ効率が激減し、製品歩留まりが悪化する原因と
なる。

このガスリークを避けるため、配管３１の途中にローク
リフィーダを設け、ガスシール及び原料粒子切り出し量
のコントロールを行う方法が考えられる。しかし、切り
出される原料粒子が高温であり、しかも摩耗性の高いも
のであるために、ロークリフィーダの回転部を水冷する
ことが必要となる。その結果、原料粒子が冷却される欠
点が生じ、また回転体の摩耗も問題となる。

これに対して、ニューマチック分配器３５を用いた場合
、ホッパー３３及び配管３４内に充填されている原料粒
子によりガスシールが行われる。また、原料粒子は、キ
ャリアガスにより加圧されて流動層予熱炉３に向けて切
り出される。

このニューマチック分配器３５の本体部４０は、第３図
に示すような構造をもっている。すなわら、ニューマチ
ック分配器３５の底部にガス吹込みへ・ノダ４３を設け
、そこに吹き込まれるキャリアガス３６により、配管３
４を下降してきた粉粒状の原料を配管３７を介して流動
層予熱炉３に送り込む。第３図の例では、このガス吹込
みヘッダ４３を複数の分割ヘッダ４４ａ〜４４ｃに分割
している。そして、それぞれの分割ヘッダ４４ａ〜４４
ｃに送り込まれるキャリアガス３６の流量が調整できる
ように、キャリアガス供給管４５を分岐し、それぞれの
分岐管４５ａ〜４５ｃに流量調整弁４６ａ〜４６ｃを設
けている。

少量の粉粒状原料を流動層予熱炉３に切り出す場合には
、図示のように流量調整弁４６ａを経て分割ヘッダ４４
ａにキャリアガス３６を吹き込む、これにより、分割ヘ
ッダ４４ａの上にある粉粒状原料のみが流動化されて、
ニューマチック分配器３５から配管３７を経て流動層予
熱炉３内に流れ込む。この粉粒状原料の沫祉を増加させ
る場合には、順次分割ヘッダ４４ｂ、　４Ａｃへのキャ
リアガス３６の吹込み、及びその吹込み量を増加させれ
ば良い。

このように、ニューマチック分配器３５には回転部がな
いので、水冷、摩耗等に起因する問題が生じない。また
、キャリアガスの吹込み条件を制御することにより、粉
粒状原料の切り出し世を精度良く且つ広範囲にわたって
調整することが可能になる。

なお、流動層予熱炉３の下部には石炭７が供給されてお
り、流動層予熱炉３の炉床には配管３８を経て流動化空
気を吹き込む開口部が設けられている。この流動化空気
によって、石炭７は、ニューマチック分配器３５から送
り込まれた原料と流動層予熱炉３内で混合流動する。そ
して、流動層予熱炉３内において、石炭７が燃焼し、原
料を加熱する。燃焼用空気は別にフリーボード部へ二次
空気として供給する場合もある。

（発明の効果〕 以上に説明したように、本発明の鉱石予熱装置において
は、流動層予熱炉から延びる排ガス煙道に原料投入機構
を組み込み、排ガスが保有する熱を有効に回収する。こ
のとき、排ガスに浮遊している粉塵も鉄源として再利用
される。そして、排ガスから分離された製鉄原料は、ニ
ューマチ・７り分配器により流動層予熱炉内部に均等分
布で投入される。その結果、流動層予熱炉内における原
料が均一に予熱処理され、ひいては流動層予備還元炉内
における還元反応の制御も容易になる。また、原料投入
経路に設けたニューマチック分配器により、流！ＩＩ層
予熱炉内のガスが投入経路を逆方向に吹き抜けることが
なく、流動層予熱炉への原料投入が安定した条件下で行
われ、且つサイクロンの捕集効率も低下しない。このよ
うにして、歩留りが向上し、）８融５元法の生産性１経
済性の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例において流動層予熱炉から延びる
排ガス煙道と流動層予熱炉の原料投入部との間に設けた
原料供給系を示し、第２図及び第３図はその原料供給系
に設けられたニューマチック分配器を示す。また、第４
図は、本発明者等が先に開発した溶融還元法のフローを
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融還元法に使用する鉄鉱石を流動層予備還元炉で
   還元するに先立って予熱する流動層予熱炉において、 該流動層予熱炉の下部及び炉床にそれぞれ石炭供給口及
   び流動燃焼用空気吹込み用開口部を設け、 該流動層予熱炉からサイクロンまで延びる排ガス煙道の
   途中に、鉄鉱石供給口を設け、 該サイクロンで捕集した鉄鉱石を前記流動層予熱炉の下
   部に装入するため、該サイクロンと前記流動層予熱炉の
   下部を結ぶ管路に、流動層予熱炉に向けて流路を複数に
   分岐したニューマチック分配器を配置したことを特徴と
   する鉄鉱石予備還元設備における予熱装置。